KR102470345B1 - Pre-charger for modular multi-level converter and Method thereof - Google Patents

Pre-charger for modular multi-level converter and Method thereof Download PDF

Info

Publication number
KR102470345B1
KR102470345B1 KR1020200170859A KR20200170859A KR102470345B1 KR 102470345 B1 KR102470345 B1 KR 102470345B1 KR 1020200170859 A KR1020200170859 A KR 1020200170859A KR 20200170859 A KR20200170859 A KR 20200170859A KR 102470345 B1 KR102470345 B1 KR 102470345B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
sub
module
charging
state
arm
Prior art date
Application number
KR1020200170859A
Other languages
Korean (ko)
Other versions
KR20220081213A (en
Inventor
최동민
홍정원
Original Assignee
효성중공업 주식회사
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 효성중공업 주식회사 filed Critical 효성중공업 주식회사
Priority to KR1020200170859A priority Critical patent/KR102470345B1/en
Priority to US18/002,945 priority patent/US20230275510A1/en
Priority to PCT/KR2021/017113 priority patent/WO2022124627A1/en
Publication of KR20220081213A publication Critical patent/KR20220081213A/en
Priority to KR1020220075194A priority patent/KR102587243B1/en
Application granted granted Critical
Publication of KR102470345B1 publication Critical patent/KR102470345B1/en

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M3/00—Conversion of dc power input into dc power output
    • H02M3/02—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac
    • H02M3/04—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters
    • H02M3/10—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode
    • H02M3/145—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal
    • H02M3/155—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only
    • H02M3/156—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only with automatic control of output voltage or current, e.g. switching regulators
    • H02M3/158—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only with automatic control of output voltage or current, e.g. switching regulators including plural semiconductor devices as final control devices for a single load
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J7/00—Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries
    • H02J7/0068—Battery or charger load switching, e.g. concurrent charging and load supply
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M1/00—Details of apparatus for conversion
    • H02M1/32—Means for protecting converters other than automatic disconnection
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J3/00—Circuit arrangements for ac mains or ac distribution networks
    • H02J3/36—Arrangements for transfer of electric power between ac networks via a high-tension dc link
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M1/00—Details of apparatus for conversion
    • H02M1/08—Circuits specially adapted for the generation of control voltages for semiconductor devices incorporated in static converters
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M1/00—Details of apparatus for conversion
    • H02M1/32—Means for protecting converters other than automatic disconnection
    • H02M1/322—Means for rapidly discharging a capacitor of the converter for protecting electrical components or for preventing electrical shock
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M1/00—Details of apparatus for conversion
    • H02M1/32—Means for protecting converters other than automatic disconnection
    • H02M1/325—Means for protecting converters other than automatic disconnection with means for allowing continuous operation despite a fault, i.e. fault tolerant converters
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M1/00—Details of apparatus for conversion
    • H02M1/36—Means for starting or stopping converters
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M7/00—Conversion of ac power input into dc power output; Conversion of dc power input into ac power output
    • H02M7/42—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal
    • H02M7/44—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters
    • H02M7/48—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode
    • H02M7/483—Converters with outputs that each can have more than two voltages levels
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M7/00—Conversion of ac power input into dc power output; Conversion of dc power input into ac power output
    • H02M7/42—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal
    • H02M7/44—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters
    • H02M7/48—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode
    • H02M7/483—Converters with outputs that each can have more than two voltages levels
    • H02M7/4835—Converters with outputs that each can have more than two voltages levels comprising two or more cells, each including a switchable capacitor, the capacitors having a nominal charge voltage which corresponds to a given fraction of the input voltage, and the capacitors being selectively connected in series to determine the instantaneous output voltage
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J2207/00—Indexing scheme relating to details of circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries
    • H02J2207/20—Charging or discharging characterised by the power electronics converter
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/60—Arrangements for transfer of electric power between AC networks or generators via a high voltage DC link [HVCD]

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Charge And Discharge Circuits For Batteries Or The Like (AREA)
  • Dc-Dc Converters (AREA)

Abstract

본 발명은 HVDC 시스템에서의 서브 모듈 내의 커패시터가 과충전이 되지 않도록 서브 모듈 내의 커패시터의 충전 및 방전을 독립적으로 수행하고, HVDC 시스템에서의 서브 모듈의 충전을 서서히 이루어지게 하여 급격한 순간 전류가 흐르는 것을 방지하는 모듈형 멀티 레벨 컨버터의 초기 충전 장치 및 방법에 관한 것이다.
본 발명의 모듈형 멀티 레벨 컨버터의 초기 충전 장치는 커패시터를 구비하여 교류 전력의 충전 및 방전을 수행하는 서브 모듈 및 서브 모듈의 충전, 방전, 및 바이패스를 제어하는 서브 모듈 제어부로 이루어진다.The present invention independently performs charging and discharging of the capacitors in the sub-modules so that the capacitors in the sub-modules in the HVDC system are not overcharged, and gradually charges the sub-modules in the HVDC system to prevent sudden instantaneous current from flowing. It relates to an initial charging device and method for a modular multi-level converter.
The initial charging device of the modular multi-level converter of the present invention includes a sub-module equipped with a capacitor to charge and discharge AC power and a sub-module control unit to control charging, discharging, and bypassing of the sub-module.

Description

모듈형 멀티 레벨 컨버터의 초기 충전 장치 및 방법{Pre-charger for modular multi-level converter and Method thereof}Pre-charger for modular multi-level converter and method for initial charging of modular multi-level converter

본 발명은 모듈형 멀티 레벨 컨버터(Modular Multi-level Converter; MMC)의 초기 충전 장치 및 방법에 관한 것으로, 상세하게는 모듈형 멀티 레벨 컨버터로 구성된 HVDC(High Voltage Direct Current) 시스템의 서브 모듈(Sub Module) 내에 위치한 커패시터(Capacitor)를 충전하는 기능에 관한 것이다. 즉, 본 발명은 모듈형 멀티 레벨 컨버터로 구성된 HVDC 시스템에서의 서브 모듈의 초기 충전을 제어하여 안정적으로 HVDC 시스템을 운용할 수 있는 모듈형 멀티 레벨 컨버터의 초기 충전 장치 및 방법에 관한 것이다.The present invention relates to an initial charging device and method for a modular multi-level converter (MMC), and more particularly, to a sub-module (sub module) of a high voltage direct current (HVDC) system composed of a modular multi-level converter. It is about the function of charging the capacitor located in the module). That is, the present invention relates to an initial charging device and method for a modular multi-level converter capable of stably operating an HVDC system by controlling the initial charging of sub-modules in an HVDC system composed of modular multi-level converters.

최근 전력 계통을 연계하기 위해 교류 전력 계통을 그대로 연계하는 방식보다 교류 전력을 직류 전력으로 변환하여 전력 계통을 연계하는 방식에 대한 관심이 증대되고 있다. Recently, interest in a method of linking a power system by converting AC power into DC power is increasing rather than a method of connecting an AC power system as it is to connect the power system.

HVDC(High Voltage Direct Current) 시스템은 발전소에서 생성된 교류전력(AC: Alternating Current)을 직류(DC: Direct Current)로 변환하여 필요한 곳까지 송전한 뒤, 다시 교류로 바꾸어 수요자에게 공급하는 시스템이다. 최근에는 HVDC 시스템을 작은 용량의 다수 개의 서브 모듈(sub-module)들이 직렬로 연결된 다수 개의 모듈형 컨버터로 구성하여 발전하여 왔다. HVDC (High Voltage Direct Current) system is a system that converts AC (Alternating Current) generated from a power plant into DC (Direct Current), transmits it to a place where it is needed, and then converts it into AC and supplies it to consumers. Recently, an HVDC system has been developed by configuring a plurality of modular converters in which a plurality of small-capacity sub-modules are connected in series.

이때, HVDC 시스템에서 직류 링크부에 사용되는 커패시터는 DC 에너지의 전압 연계 및 전압 평활화, 그리고 충방전 에너지의 완충용으로 주로 사용된다. 그러나, 이와 같은 커패시터의 사용 증대는 열화 및 온도 상승 등으로 인한 전해질 분출 등의 사고 발생 시 HVDC 시스템에서의 단락 사고로 이어지는 매우 위험한 상황이 될 수 있으므로, 이에 대한 고장진단 시스템의 연구가 지속되어 왔다. At this time, the capacitor used in the DC link unit in the HVDC system is mainly used for voltage linkage and voltage smoothing of DC energy, and buffering of charge and discharge energy. However, since the increased use of such capacitors can lead to a short-circuit accident in the HVDC system in the event of an accident such as electrolyte discharge due to deterioration and temperature rise, research on fault diagnosis systems has been continued. .

그 일례로, 대한민국 특허공개공보 제10-2017-0038510호에서는 HVDC(High Voltage Direct Current) 시스템의 모듈형 멀티 레벨 컨버터에 있어서, 큰 전압이 할당되는 HB-SM(Half-bridge Sub module)부터 가장 낮은 전압이 할당되는 FB-SM(Full-bridge Sub module)까지 서로 다른 기준 전압값으로 순차적 제어하는 비대칭 모듈러 멀티레벨 컨버터의 초기충전 제어 장치 및 방법을 제안하였다. For example, in Korean Patent Publication No. 10-2017-0038510, in a modular multi-level converter of a high voltage direct current (HVDC) system, HB-SM (half-bridge sub module) to which a large voltage is allocated is the most An apparatus and method for controlling the initial charge of an asymmetric modular multi-level converter that sequentially controls up to a full-bridge sub module (FB-SM) to which a low voltage is allocated with different reference voltage values is proposed.

그러나, 이 경우에도 서브 모듈 암 별로 충전 순서를 정하여 충전함으로써, 서브 모듈 별 커패시터의 충전 전압이 상이하여 커패시터의 수명을 단축시키는 단점이 있다. However, even in this case, since the charging order is determined for each sub-module arm, the charging voltage of the capacitor for each sub-module is different, which shortens the lifespan of the capacitor.

대한민국 특허공개공보 제10-2017-0038510호 (2017.03.27)Republic of Korea Patent Publication No. 10-2017-0038510 (2017.03.27)

본 발명의 목적은, HVDC 시스템에서의 서브 모듈 내의 커패시터가 과충전이 되지 않도록 서브 모듈 내의 커패시터의 충전 및 방전을 독립적으로 수행하는 모듈형 멀티 레벨 컨버터의 초기 충전 장치 및 방법을 제공하는 것이다. An object of the present invention is to provide an initial charging device and method for a modular multi-level converter that independently charges and discharges capacitors in sub-modules to prevent overcharging of capacitors in sub-modules in an HVDC system.

본 발명은 HVDC 시스템에서의 서브 모듈의 충전을 서서히 이루어지게 하여 급격한 순간 전류가 흐르는 것을 방지하는 모듈형 멀티 레벨 컨버터의 초기 충전 장치 및 방법을 제공하는데 또 다른 목적이 있다.Another object of the present invention is to provide an initial charging device and method for a modular multi-level converter that prevents a sudden instantaneous flow of current by gradually charging submodules in an HVDC system.

본 발명에 따른 모듈형 멀티 레벨 컨버터의 초기 충전 장치는, 커패시터를 구비하여 교류 전력의 충전 및 방전을 수행하는 서브 모듈 및 서브 모듈의 충전, 방전, 및 바이패스를 제어하는 서브 모듈 제어부를 포함할 수 있다. An initial charging device for a modular multi-level converter according to the present invention may include a sub-module equipped with a capacitor to charge and discharge AC power and a sub-module control unit to control charging, discharging, and bypassing of the sub-module. can

이때, 서브 모듈 제어부는 서브 모듈을 온 상태, 오프 상태, 및 블록 상태로 제어하여 수동 충전 모드, 능동 충전 모드, 및 정상 운전 모드를 순차적으로 수행하여 초기화할 수 있다. In this case, the sub-module control unit may initialize the sub-module by sequentially performing the passive charging mode, the active charging mode, and the normal operation mode by controlling the sub-module to an on state, an off state, and a block state.

또한, 서브 모듈 제어부는 수동 충전 모드에서는 서브 모듈을 블록 상태로 제어하여 암에 구성된 모든 서브 모듈에 대해 충전만 수행하고, 능동 충전 모드에서는 서브 모듈을 오프 상태 및 블록 상태로 제어하여 암에 구성된 일부 서브 모듈만 충전을 수행하고, 정상 운전 모드에서는 서브 모듈을 온 상태 및 오프 상태로 제어하여 서브 모듈의 충전 및 방전을 독립적으로 수행할 수 있다. In addition, the submodule control unit controls the submodules in a block state in the passive charging mode to perform charging only for all submodules configured in the arm, and controls the submodules in an off state and a block state in the active charging mode to perform charging of all submodules configured in the arm. Only the sub-modules are charged, and in the normal operation mode, the sub-modules are controlled to be turned on and off to independently charge and discharge the sub-modules.

여기서, 서브 모듈은 교류 전력을 저장하는 커패시터, 커패시터에 충전 경로를 제공하는 제 1 다이오드, 서브 모듈 제어부의 제어에 의해 커패시터의 방전 경로를 제공하는 IGBT1, 서브 모듈의 바이패스 경로를 제공하는 제 2 다이오드, 및 서브 모듈 제어부의 제어에 의해 서브 모듈의 바이패스 경로를 제공하는 IGBT2를 포함할 수 있다. Here, the submodule includes a capacitor that stores AC power, a first diode that provides a charging path for the capacitor, an IGBT1 that provides a discharge path for the capacitor under the control of the submodule controller, and a second that provides a bypass path for the submodule. It may include a diode and an IGBT2 providing a bypass path of the sub-module under the control of the sub-module control unit.

또한, 온 상태에서는 서브 모듈 제어부가 IGBT1은 'on' 및 IGBT2는 'off'로 제어하여, 서브 모듈의 'P' 입력 전압이 'N' 입력 전압 보다 높은 구간에 대해서는 서브 모듈의 입력 전력이 제 1 다이오드를 통해 커패시터로 저장되고, 'P' 입력 전압이 'N' 입력 전압 보다 낮은 구간에 대해서는 커패시터에 저장된 전력이 서브 모듈의 입력으로 방전될 수 있다. In addition, in the on state, the sub-module control unit controls IGBT1 to 'on' and IGBT2 to 'off', so that the input power of the sub-module is restricted in the section where the 'P' input voltage of the sub-module is higher than the 'N' input voltage. 1 It is stored as a capacitor through a diode, and the power stored in the capacitor can be discharged to the input of the sub-module for a section where the 'P' input voltage is lower than the 'N' input voltage.

여기서, 오프 상태에서는 서브 모듈 제어부가 IGBT1은 'off' 및 IGBT2는 'on'으로 제어하여, 서브 모듈의 'P' 입력과 'N' 입력을 바이패스시킬 수 있다.Here, in the off state, the sub-module controller controls IGBT1 to 'off' and IGBT2 to 'on', thereby bypassing the 'P' and 'N' inputs of the sub-module.

또한, 블록 상태에서는 서브 모듈 제어부가 IGBT1 및 IGBT2를 모두 'off'로 제어하여, 서브 모듈의 'P' 입력 전압이 'N' 입력 전압 보다 높은 구간에 대해서는 서브 모듈의 입력 전력이 제 1 다이오드를 통해 커패시터로 저장되고, 'P' 입력 전압이 'N' 입력 전압 보다 낮은 구간에 대해서는 'P' 입력과 'N' 입력을 바이패스 시킬 수 있다. In addition, in the block state, the sub-module control unit controls both IGBT1 and IGBT2 to be 'off', so that the input power of the sub-module turns off the first diode in the section where the 'P' input voltage of the sub-module is higher than the 'N' input voltage. stored as a capacitor, and the 'P' and 'N' inputs can be bypassed for a section where the 'P' input voltage is lower than the 'N' input voltage.

여기서, 능동 충전 모드에서는 암에 구성된 적어도 두 개 이상의 서브 모듈에 충전된 전압을 비교하여 충전된 전압이 높은 순으로 바이패스를 수행할 수 있다. Here, in the active charging mode, the voltages charged in at least two or more sub-modules configured in the arm may be compared, and bypass may be performed in order of higher charged voltages.

또한, 바이패스는 서브 모듈 제어부 내에서 자체 생성한 캐리어 신호와 기준 신호를 비교하여 충전을 수행하는 서브 모듈의 개수인 서브 모듈 충전 개수를 생성하여 수행될 수 있다. In addition, the bypass may be performed by comparing the self-generated carrier signal and the reference signal in the sub-module control unit to generate the number of sub-modules charging, that is, the number of sub-modules charging.

본 발명의 다른 실시예에 따른 모듈형 멀티 레벨 컨버터의 초기 충전 방법은, 커패시터를 구비하여 교류 전력의 충전 및 방전을 수행하는 서브 모듈; 및 상기 서브 모듈의 충전, 방전, 및 바이패스를 제어하는 서브 모듈 제어부;를 포함하고, 상기 서브 모듈은, 상기 교류 전력을 저장하는 커패시터; 상기 커패시터에 충전 경로를 제공하는 제 1 다이오드; 상기 서브 모듈 제어부의 제어에 의해 상기 커패시터의 방전 경로를 제공하는 IGBT1; 상기 서브 모듈의 바이패스 경로를 제공하는 제 2 다이오드; 및 상기 서브 모듈 제어부의 제어에 의해 상기 서브 모듈의 바이패스 경로를 제공하는 IGBT2;를 포함하는 모듈형 멀티 레벨 컨버터의 초기 충전 방법으로서, 서브 모듈 제어부에서 서브 모듈을 블록 상태로 제어하여 암에 구성된 모든 서브 모듈에 대해 충전만 수행하는 수동 충전 단계, 서브 모듈 제어부에서 서브 모듈을 오프 상태 및 블록 상태로 제어하여 암에 구성된 일부 서브 모듈만 충전을 수행하는 능동 충전 단계, 및 서브 모듈 제어부에서 서브 모듈을 온 상태 및 오프 상태로 제어하여 서브 모듈의 충전 및 방전을 독립적으로 수행하는 정상 운전 단계를 포함할 수 있다. An initial charging method of a modular multi-level converter according to another embodiment of the present invention includes a sub-module having a capacitor to charge and discharge AC power; and a sub-module controller controlling charging, discharging, and bypassing of the sub-module, wherein the sub-module includes: a capacitor storing the AC power; a first diode providing a charging path to the capacitor; an IGBT1 providing a discharge path for the capacitor under the control of the sub-module control unit; a second diode providing a bypass path of the sub-module; and an IGBT2 providing a bypass path for the sub-module under the control of the sub-module control unit, wherein the sub-module control unit controls the sub-modules in a block state so that the sub-module is configured in an arm. A passive charging step in which only charging is performed for all submodules, an active charging step in which only some of the submodules configured in the arm are charged by controlling the submodules to an off state and a block state in the submodule controller, and a submodule in the submodule controller A normal operation step of independently performing charging and discharging of submodules by controlling to an on state and an off state may be included.

이때, 온 상태에서는 서브 모듈 제어부가 IGBT1은 'on' 및 IGBT2는 'off'로 제어하여, 서브 모듈의 'P' 입력 전압이 'N' 입력 전압 보다 높은 구간에 대해서는 서브 모듈의 입력 전력이 제 1 다이오드를 통해 커패시터로 저장되고, 'P' 입력 전압이 'N' 입력 전압 보다 낮은 구간에 대해서는 커패시터에 저장된 전력이 서브 모듈의 입력으로 방전될 수 있다. At this time, in the on state, the sub-module control unit controls IGBT1 to 'on' and IGBT2 to 'off', so that the input power of the sub-module is limited in the section where the 'P' input voltage of the sub-module is higher than the 'N' input voltage. 1 It is stored as a capacitor through a diode, and the power stored in the capacitor can be discharged to the input of the sub-module for a section where the 'P' input voltage is lower than the 'N' input voltage.

또한, 오프 상태에서는 서브 모듈 제어부가 IGBT1은 'off' 및 IGBT2는 'on'으로 제어하여, 서브 모듈의 'P' 입력과 'N' 입력을 바이패스 시킬 수 있다. Also, in the off state, the sub-module control unit controls IGBT1 to 'off' and IGBT2 to 'on', thereby bypassing the 'P' and 'N' inputs of the sub-module.

한편, 블록 상태에서는 서브 모듈 제어부가 IGBT1 및 IGBT2를 모두 'off'로 제어하여, 서브 모듈의 'P' 입력 전압이 'N' 입력 전압 보다 높은 구간에 대해서는 서브 모듈의 입력 전력이 제 1 다이오드를 통해 커패시터로 저장되고, 'P' 입력 전압이 'N' 입력 전압 보다 낮은 구간에 대해서는 'P' 입력과 'N' 입력을 바이패스 시킬 수 있다. On the other hand, in the block state, the sub-module control unit controls both IGBT1 and IGBT2 to be 'off', so that the input power of the sub-module turns off the first diode in the section where the 'P' input voltage of the sub-module is higher than the 'N' input voltage. stored as a capacitor, and the 'P' and 'N' inputs can be bypassed for a section where the 'P' input voltage is lower than the 'N' input voltage.

본 발명의 또다른 실시예에 따른 모듈형 멀티 레벨 컨버터의 초기 충전 장치는, 커패시터를 구비하여 교류 전력의 충전 및 방전을 수행하는 서브 모듈을 포함하는 제 1 상단 서브 모듈 암, 제 1 하단 서브 모듈 암, 제 2 상단 서브 모듈 암, 및 제 2 하단 서브 모듈 암, 제 1 상단 서브 모듈 암 및 제 1 하단 서브 모듈 암 내 서브 모듈의 충전, 방전, 및 바이패스를 제어하는 서브 모듈 제어부를 포함하고, An initial charging device for a modular multi-level converter according to another embodiment of the present invention includes a first upper sub-module arm including a sub-module equipped with a capacitor to charge and discharge AC power, and a first lower sub-module A submodule controller controlling charging, discharging, and bypassing of submodules in the arm, the second upper submodule arm, and the second lower submodule arm, the first upper submodule arm, and the first lower submodule arm; ,

상기 서브 모듈 제어부는 서브 모듈을 블록 상태로 제어하여 모든 서브 모듈에 대해 충전만 수행하는 수동 충전 모드, 제 1 상단 서브 모듈 암 및 제 1 하단 서브 모듈 암 내 서브 모듈을 오프 상태 및 블록 상태로 제어하여 제 1 상단 서브 모듈 암 및 제 1 하단 서브 모듈 암 내 일부 서브 모듈만 충전을 수행하는 제 1 능동 충전 모드, 제 1 상단 서브 모듈 암 및 제 1 하단 서브 모듈 암 내 서브 모듈을 온 상태 및 오프 상태로 제어하여 제 1 상단 서브 모듈 암 및 제 1 하단 서브 모듈 암 내 서브 모듈의 충전 및 방전을 독립적으로 수행하는 제 1 정상 운영 모드, 제 2 상단 서브 모듈 암 및 제 2 하단 서브 모듈 암 내 서브 모듈을 오프 상태 및 블록 상태로 제어하여 제 2 상단 서브 모듈 암 및 제 2 하단 서브 모듈 암 내 일부 서브 모듈만 충전을 수행하는 제 2 능동 충전 모드, 및 제 2 상단 서브 모듈 암 및 제 2 하단 서브 모듈 암 내 서브 모듈을 온 상태 및 오프 상태로 제어하여 제 2 상단 서브 모듈 암 및 제 2 하단 서브 모듈 암 내 서브 모듈의 충전 및 방전을 독립적으로 수행하는 제 2 정상 운영 모드로 동작 가능하게 할 수 있다.The sub-module control unit controls sub-modules in a block state to perform manual charging mode in which all sub-modules are charged only, and controls sub-modules in the first upper sub-module arm and the first lower sub-module arm in an off state and a block state. A first active charging mode in which only some of the submodules in the first upper submodule arm and the first lower submodule arm are charged, and the submodules in the first upper submodule arm and the first lower submodule arm are turned on and off A first normal operation mode in which charging and discharging of the submodules in the first upper submodule arm and the first lower submodule arm are independently performed by controlling the state to A second active charging mode in which only some of the submodules in the second upper submodule arm and the second lower submodule arm are charged by controlling the modules in the off state and the block state, and the second upper submodule arm and the second lower submodule arm The submodules in the module arm may be controlled to be turned on and off to enable operation in a second normal operating mode in which charging and discharging of the submodules in the second upper submodule arm and the second lower submodule arm are independently performed. have.

본 발명에 의한 모듈형 멀티 레벨 컨버터의 초기 충전 장치 및 방법은 HVDC 시스템에서의 서브 모듈 내의 커패시터가 과충전이 되지 않도록 서브 모듈 내의 커패시터의 충전 및 방전을 독립적으로 수행하는 장점이 있다. The initial charging device and method of the modular multi-level converter according to the present invention has the advantage of independently charging and discharging the capacitors in the sub-modules so that the capacitors in the sub-modules in the HVDC system are not overcharged.

또한, 본 발명에 의한 모듈형 멀티 레벨 컨버터의 초기 충전 장치 및 방법은 HVDC 시스템에서의 서브 모듈의 충전을 서서히 이루어지게 하여 급격한 순간 전류가 흐르는 것을 방지할 수 있는 장점이 있다.In addition, the initial charging device and method of the modular multi-level converter according to the present invention has the advantage of preventing a sudden instantaneous flow of current by slowly charging the sub-module in the HVDC system.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 모듈형 멀티 레벨 컨버터의 초기 충전 장치를 나타낸 블록도이다.
도 2는 도 1의 서브 모듈을 상세히 나타낸 블록도이다.
도 3은 도 1의 서브 모듈이 온 상태일 경우의 동작 상태를 상세히 나타낸 회로도이며, 도 3(a)는 P전압이 N전압보다 클 경우, 도 3(b)는 P전압이 N전압보다 작을 경우를 나타낸 도면이다.
도 4는 도 1의 서브 모듈이 오프 상태일 경우의 동작 상태를 상세히 나타낸 회로도이며, 도 4(a)는 P전압이 N전압보다 클 경우, 도 4(b)는 P전압이 N전압보다 작을 경우를 나타낸 도면이다.
도 5는 도 1의 서브 모듈이 블록 상태일 경우의 동작 상태를 상세히 나타낸 회로도이며, 도 5(a)는 P전압이 N전압보다 클 경우, 도 5(b)는 P전압이 N전압보다 작을 경우를 나타낸 도면이다.
도 6은 도 1의 서브 모듈이 충전되는 개수를 상세히 나타낸 그래프이며, 도 6(a)는 캐리어 신호와 기준 신호를 동시에 나타낸 도면이고, 도 6(b)는 서브 모듈 충전 개수를 나타낸 도면이다.
도 7은 도 1의 서브 모듈에서 출력되는 전압을 상세히 나타낸 그래프로서, 도 7(a)는 능동 충전 모드에서 캐리어 신호와 기준 신호 비교를 수행하지 않고, 서브 모듈 충전 개수를 고정시킨 경우이고, 도 7(b)는 능동 충전 모드에서 캐리어 신호와 기준 신호 비교를 통해 서브 모듈 충전 개수를 변화시켜 서브 모듈의 전압을 서서히 증가시키는 능동 충전 모드가 수행된 경우를 나타낸 도면이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 모듈형 멀티 레벨 컨버터의 초기 충전 방법을 나타낸 순서도이다.
도 9는 본 발명의 다른 실시예에 따른 모듈형 멀티 레벨 컨버터의 초기 충전 장치를 나타낸 블록도이다.
도 10은 본 발명의 다른 실시예에 따른 모듈형 멀티 레벨 컨버터의 초기 충전 방법을 나타낸 순서도이다. 1 is a block diagram showing an initial charging device of a modular multi-level converter according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a block diagram showing the sub-modules of FIG. 1 in detail.
3 is a circuit diagram showing in detail an operating state when the submodule of FIG. 1 is in an on state. FIG. 3(a) shows a case in which the P voltage is greater than the N voltage, and FIG. 3(b) shows a case in which the P voltage is less than the N voltage. It is a drawing showing the case.
4 is a circuit diagram showing in detail an operating state when the submodule of FIG. 1 is in an off state. FIG. 4(a) shows a case in which the P voltage is greater than the N voltage, and FIG. 4(b) shows a case in which the P voltage is less than the N voltage. It is a drawing showing the case.
5 is a circuit diagram showing an operating state in case the submodule of FIG. 1 is in a block state. FIG. 5(a) shows a case in which the P voltage is greater than the N voltage, and FIG. 5(b) shows a case in which the P voltage is less than the N voltage. It is a drawing showing the case.
6 is a graph showing the number of charged submodules of FIG. 1 in detail, FIG. 6(a) is a diagram showing a carrier signal and a reference signal at the same time, and FIG. 6(b) is a diagram showing the number of charged submodules.
FIG. 7 is a graph showing the voltage output from the sub-module of FIG. 1 in detail. FIG. 7(a) is a case in which the number of sub-modules charged is fixed without performing a comparison between a carrier signal and a reference signal in an active charging mode. 7(b) is a diagram illustrating a case in which the active charging mode in which the voltage of the sub-module is gradually increased by changing the number of sub-modules charged through a comparison between a carrier signal and a reference signal in the active charging mode is performed.
8 is a flowchart illustrating an initial charging method of a modular multi-level converter according to an embodiment of the present invention.
9 is a block diagram showing an initial charging device of a modular multi-level converter according to another embodiment of the present invention.
10 is a flowchart illustrating an initial charging method of a modular multi-level converter according to another embodiment of the present invention.

본 발명의 실시를 위한 구체적인 실시예를 첨부된 도면들을 참조하여 설명한다. Specific embodiments for carrying out the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.

본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다. 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 의도는 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해될 수 있다. Since the present invention can make various changes and have various embodiments, specific embodiments will be illustrated in the drawings and described in detail in the detailed description. This is not intended to limit the present invention to specific embodiments, and it can be understood to include all modifications, equivalents, and substitutes included in the spirit and scope of the present invention.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 모듈형 멀티 레벨 컨버터의 초기 충전 장치 및 방법에 대해 상세히 설명한다. Hereinafter, an initial charging device and method for a modular multi-level converter according to the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 모듈형 멀티 레벨 컨버터의 초기 충전 장치를 나타낸 블록도이며, 도 2 내지 도 7은 도 1을 상세히 설명하기 위한 세부 블록도 및 도면이다. 1 is a block diagram showing an initial charging device of a modular multi-level converter according to an embodiment of the present invention, and FIGS. 2 to 7 are detailed block diagrams and drawings for explaining FIG. 1 in detail.

이하, 도 1 내지 도 7을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 모듈형 멀티 레벨 컨버터의 초기 충전 장치를 설명한다. Hereinafter, an initial charging device for a modular multi-level converter according to an embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 1 to 7 .

먼저, 도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 모듈형 멀티 레벨 컨버터의 초기 충전 장치는 커패시터를 구비하여 교류 전력의 충전 및 방전을 수행하는 서브 모듈(100) 및 서브 모듈(100)의 충전, 방전, 및 바이패스를 제어하는 서브 모듈 제어부(300)로 이루어진다. First, referring to FIG. 1, the initial charging device of a modular multi-level converter according to an embodiment of the present invention includes a sub-module 100 having a capacitor to charge and discharge AC power and a sub-module 100 It consists of a sub-module controller 300 that controls charging, discharging, and bypass of

여기서, 서브 모듈 제어부(300)는 서브 모듈(100)을 온 상태, 오프 상태, 및 블록 상태로 제어하여 수동 충전 모드, 능동 충전 모드, 및 정상 운전 모드를 순차적으로 수행하여 초기화 한다. Here, the sub-module control unit 300 controls the sub-module 100 to an on state, an off state, and a block state, and sequentially performs the passive charging mode, the active charging mode, and the normal operation mode to initialize the sub-module 100 .

또한, 본 발명의 서브 모듈 제어부(300)는 수동 충전 모드에서는 서브 모듈(100)을 블록 상태로 제어하여 암에 구성된 모든 서브 모듈(100)에 대해 충전만 수행하고, 능동 충전 모드에서는 서브 모듈(100)을 오프 상태 및 블록 상태로 제어하여 암에 구성된 일부 서브 모듈(100)만 충전을 수행하고, 정상 운전 모드에서는 서브 모듈(100)을 온 상태 및 오프 상태로 제어하여 서브 모듈(100)의 충전 및 방전을 독립적으로 수행하게 된다. In addition, the sub-module controller 300 of the present invention controls the sub-module 100 in a block state in the passive charging mode to perform only charging of all the sub-modules 100 configured in the arm, and in the active charging mode, the sub-modules ( 100) in the off state and block state to charge only some of the submodules 100 configured in the arm, and in the normal operation mode, by controlling the submodules 100 in the on state and the off state, the Charging and discharging are performed independently.

즉, 충전 초기에는 서브 모듈 제어부(300)가 서브 모듈(100)을 블록 상태로 제어하여 상단 서브 모듈 암(210) 및 하단 서브 모듈 암(220)을 수동 충전 모드로 운용함으로써, 모든 서브 모듈(100)이 충전을 수행한다. 이때, 서브 모듈(100)의 충전 전압은 목표 값의 절반 밖에 충전이 이루어 지지 않으므로 서브 모듈(100)의 일부를 바이패스하여 충전을 수행할 필요가 있다. That is, in the initial stage of charging, the submodule control unit 300 controls the submodule 100 in a block state to operate the upper submodule arm 210 and the lower submodule arm 220 in a manual charging mode, so that all submodules ( 100) performs the filling. At this time, since the charging voltage of the sub-module 100 is only half of the target value, it is necessary to perform charging by bypassing a part of the sub-module 100.

이때, 서브 모듈 제어부(300)는 서브 모듈(100)을 오프 상태 및 블록 상태를 혼용하여 상단 서브 모듈 암(210) 및 하단 서브 모듈 암(220)을 능동 충전 모드로 운용함으로써, 일부 서브 모듈(100)을 바이패스하여 충전을 수행한다. 이때도 서브 모듈(100)의 충전 전압은 목표 값에 도달하지 않으므로, 서브 모듈(100)의 전압을 방전하여 재충전하는 모드가 필요하다. At this time, the submodule control unit 300 mixes the off state and the block state of the submodule 100 to operate the upper submodule arm 210 and the lower submodule arm 220 in the active charging mode, so that some submodules ( 100) to perform charging. Even at this time, since the charging voltage of the sub module 100 does not reach the target value, a mode in which the voltage of the sub module 100 is discharged and recharged is required.

따라서, 본 발명의 서브 모듈 제어부(300)는 서브 모듈(100)을 온 상태 및 오프 상태를 혼용하여 상단 서브 모듈 암(210) 및 하단 서브 모듈 암(220)을 정상 운용 모드로 운용함으로써, 서브 모듈(100)이 충전 및 방전을 되풀이하면서, 충전 전압이 목표 값에 도달할 수 있게 한다. 즉, 본 발명의 서브 모듈 제어부(300)는 서브 모듈(100)을 수동 충전 모드, 능동 충전 모드, 및 정상 운용 모드를 순차적으로 제어함으로써, 서브 모듈(100)의 전압을 안정적으로 초기화 시킬 수 있게 된다. Therefore, the sub-module control unit 300 of the present invention mixes the on-state and off-state of the sub-module 100 and operates the upper sub-module arm 210 and the lower sub-module arm 220 in the normal operation mode, thereby While the module 100 repeats charging and discharging, it allows the charging voltage to reach the target value. That is, the submodule controller 300 of the present invention sequentially controls the passive charging mode, the active charging mode, and the normal operation mode of the submodule 100 so that the voltage of the submodule 100 can be stably initialized. do.

도 2는 도 1의 서브 모듈(100)을 상세히 나타낸 블록도이다. FIG. 2 is a block diagram showing the submodule 100 of FIG. 1 in detail.

도 2에서 볼 수 있는 바와 같이, 본 발명의 서브 모듈(100)은 교류 전력을 저장하는 커패시터(150), 커패시터(150)에 충전 경로를 제공하는 제 1 다이오드(120), 서브 모듈 제어부(300)의 제어에 의해 커패시터(150)의 방전 경로를 제공하는 IGBT1(110), 서브 모듈(100)의 바이패스 경로를 제공하는 제 2 다이오드(140), 및 서브 모듈 제어부(300)의 제어에 의해 서브 모듈(100)의 바이패스 경로를 제공하는 IGBT2(130)를 구비한다. As can be seen in FIG. 2, the submodule 100 of the present invention includes a capacitor 150 for storing AC power, a first diode 120 for providing a charging path for the capacitor 150, and a submodule control unit 300. ) by the control of the IGBT1 110 providing the discharge path of the capacitor 150, the second diode 140 providing the bypass path of the sub-module 100, and the control of the sub-module controller 300 An IGBT2 130 providing a bypass path of the sub module 100 is provided.

한편, 본 발명에서는 서브 모듈(100)의 입력 P 전압이 입력 N 보다 낮은 경우에, 서브 모듈 제어부(300)의 제어에 의해 IGBT1(110)이 커패시터(150)의 방전 경로를 제공하면 방전이 수행되나, 서브 모듈 제어부(300)의 제어에 의해 방전 경로가 제공되지 못하면 제 2 다이오드(140)에 의해 바이패스가 허용된다. Meanwhile, in the present invention, when the input P voltage of the sub module 100 is lower than the input N, when the IGBT1 110 provides a discharge path for the capacitor 150 under the control of the sub module controller 300, the discharge is performed. However, if the discharge path is not provided under the control of the sub-module controller 300, the bypass is allowed by the second diode 140.

또한, 서브 모듈(100)의 입력 P 전압이 입력 N 보다 높은 경우에, 서브 모듈 제어부(300)의 제어에 의해 IGBT2(130)가 바이패스 경로를 제공하면 바이패스가 수행되나, 서브 모듈 제어부(300)의 제어에 의해 바이패스 경로가 제공되지 못하면 제 1 다이오드(120) 경로에 의해 커패시터(150)에 충전이 수행된다. In addition, if the IGBT2 130 provides a bypass path under the control of the sub-module controller 300 when the input P voltage of the sub-module 100 is higher than the input N, bypass is performed, but the sub-module controller ( When the bypass path is not provided by the control of 300), the capacitor 150 is charged by the first diode 120 path.

본 발명에서의 이러한 동작은 IGBT1(110)은 'on'이나 IGBT2(130)는 'off'으로 제어되어 충전과 방전이 독립적으로 수행되는 온 상태, IGBT1(110)은 'off'이나 IGBT2(130)는 'on'으로 제어되어 바이패스만 수행되는 오프 상태, 및 IGBT1(110) 및 IGBT2(130)가 모두 'off'로 제어되어 충전만 수행되는 블록 상태로 구분할 수 있으며, 도 3 내지 도 5를 토대로 그 동작 상태를 상세히 설명한다. This operation in the present invention is an on state in which IGBT1 (110) is controlled to be 'on' or IGBT2 (130) is 'off' so that charging and discharging are performed independently, and IGBT1 (110) is 'off' or IGBT2 (130) is controlled to be 'off'. ) can be divided into an off state in which only bypass is performed by being controlled to 'on' and a block state in which only charging is performed by controlling both IGBT1 (110) and IGBT2 (130) to be 'off', and FIGS. 3 to 5 Based on that, the operating state is explained in detail.

도 3은 도 1의 서브 모듈(100)이 온 상태일 경우의 동작 상태를 상세히 나타낸 회로도이며, 도 3(a)는 P전압이 N전압보다 클 경우, 도 3(b)는 P전압이 N전압보다 작을 경우를 나타낸 도면이다. FIG. 3 is a circuit diagram showing in detail an operating state when the submodule 100 of FIG. 1 is in an on state. FIG. 3(a) shows a case where the P voltage is greater than the N voltage, and FIG. It is a diagram showing the case where the voltage is smaller than the voltage.

도 3에서 알 수 있는 바와 같이, 본 발명에서 온 상태는 서브 모듈 제어부(300)가 IGBT1(110)은 'on' 및 IGBT2(130)는 'off'로 제어하여, 서브 모듈(100)의 'P' 입력 전압이 'N' 입력 전압 보다 높은 구간에 대해서는 서브 모듈(100)의 입력 전력이 제 1 다이오드(120)를 통해 커패시터(150)로 저장되고, 'P' 입력 전압이 'N' 입력 전압 보다 낮은 구간에 대해서는 커패시터(150)에 저장된 전력이 서브 모듈(100)의 입력으로 방전될 수 있다. As can be seen in FIG. 3, the on state in the present invention is that the sub-module control unit 300 controls IGBT1 110 to 'on' and IGBT2 130 to 'off', so that the sub-module 100 ' For a section where the P' input voltage is higher than the 'N' input voltage, the input power of the submodule 100 is stored in the capacitor 150 through the first diode 120, and the 'P' input voltage is For a period lower than the voltage, the power stored in the capacitor 150 may be discharged to the input of the sub-module 100.

이를 통해, 온 상태는 정상 모드에서 서브 모듈(100)의 전압을 목표 값까지 도달하게 할 수 있다. Through this, the on state may cause the voltage of the submodule 100 to reach a target value in the normal mode.

도 4는 도 1의 서브 모듈(100)이 오프 상태일 경우의 동작 상태를 상세히 나타낸 회로도이며, 도 4(a)는 P전압이 N전압보다 클 경우, 도 4(b)는 P전압이 N전압보다 작을 경우를 나타낸 도면이다. 4 is a circuit diagram showing in detail an operation state when the submodule 100 of FIG. 1 is in an off state. FIG. 4(a) shows a case where the P voltage is greater than the N voltage, and FIG. It is a diagram showing the case where the voltage is smaller than the voltage.

도 4에서 볼 수 있는 바와 같이, 본 발명에서 오프 상태는 서브 모듈 제어부(300)가 IGBT1(110)은 'off' 및 IGBT2(130)는 'on'으로 제어하여, 서브 모듈(100)의 'P' 입력과 'N' 입력을 바이패스 시키게 된다. As can be seen in FIG. 4, in the present invention, the off state is that the sub-module controller 300 controls IGBT1 110 to 'off' and IGBT2 130 to 'on', so that the sub-module 100 ' The P' input and the 'N' input are bypassed.

이를 통해, 오프 상태는 온 상태와 함께 정상 모드에서 서브 모듈(100)의 전압을 목표 값까지 도달하게 할 수 있도록 하며, 능동 충전 모드에서는 블록 상태와 함께 서브 모듈(100)의 전압을 목표 값의 일부까지 도달하게 할 수 있다. Through this, the OFF state, together with the ON state, enables the voltage of the submodule 100 to reach the target value in the normal mode, and in the active charging mode, together with the block state, the voltage of the submodule 100 to the target value. can reach some.

도 5는 도 1의 서브 모듈(100)이 블록 상태일 경우의 동작 상태를 상세히 나타낸 회로도이며, 도 5(a)는 P전압이 N전압보다 클 경우, 도 5(b)는 P전압이 N전압보다 작을 경우를 나타낸 도면이다. 5 is a circuit diagram showing in detail an operation state when the submodule 100 of FIG. 1 is in a block state. FIG. 5(a) shows a case where the P voltage is greater than the N voltage, and FIG. It is a diagram showing the case where the voltage is smaller than the voltage.

도 5에서 알 수 있는 바와 같이, 본 발명에서 블록 상태는 서브 모듈 제어부(300)가 IGBT1(110) 및 IGBT2(130)를 모두 'off'로 제어하여, 서브 모듈(100)의 'P' 입력 전압이 'N' 입력 전압 보다 높은 구간에 대해서는 서브 모듈(100)의 입력 전력이 제 1 다이오드(120)를 통해 커패시터(150)로 저장되고, 'P' 입력 전압이 'N' 입력 전압 보다 낮은 구간에 대해서는 'P' 입력과 'N' 입력을 바이패스 시키게 된다. As can be seen in FIG. 5, the block state in the present invention is that the sub-module controller 300 controls both IGBT1 110 and IGBT2 130 to be 'off', so that the 'P' input of the sub-module 100 For a section in which the voltage is higher than the 'N' input voltage, the input power of the sub-module 100 is stored in the capacitor 150 through the first diode 120, and the 'P' input voltage is lower than the 'N' input voltage. For the section, 'P' input and 'N' input are bypassed.

이를 통해, 블록 상태는 수동 충전 모드에서 서브 모듈(100)의 전압을 목표 값의 절반까지 도달하게 할 수 있다. Through this, the block state may cause the voltage of the sub-module 100 to reach half of the target value in the manual charging mode.

도 6은 도 1의 서브 모듈(100)이 충전되는 개수를 상세히 나타낸 그래프이며, 도 6(a)는 단계(V100)와 기준 신호(V200)를 동시에 나타낸 도면이고, 도 6(b)는 단계(V300)를 나타낸 도면이다. 6 is a graph showing in detail the number of charged submodules 100 of FIG. 1, FIG. 6(a) is a diagram showing step V100 and reference signal V200 at the same time, and FIG. 6(b) shows step V100 at the same time. It is a drawing showing (V300).

도 6에서 볼 수 있는 바와 같이, 본 발명에서 능동 충전 모드는 암에 구성된 적어도 두 개 이상의 서브 모듈(100)에 충전된 전압을 비교하여 충전된 전압이 높은 순으로 바이패스를 수행한다. As can be seen in FIG. 6 , in the active charging mode of the present invention, the voltages charged in at least two or more sub-modules 100 configured in the arm are compared, and bypass is performed in the order of higher charged voltages.

이러한 바이패스는 서브 모듈 제어부(300) 내에서 자체 생성한 캐리어 신호(V100)와 기준 신호(V200)를 비교하여 충전을 수행하는 서브 모듈(100)의 개수인 서브 모듈 충전 개수(V300)를 생성하여 수행될 수 있다. 여기서, 캐리어 신호(V100)는 삼각파를 이용할 수 있으며, 이는 사인함수를 이용하는 방법과 대비해 하드웨어로 구현하기 용이한 장점이 있다. This bypass compares the carrier signal V100 generated by itself in the sub-module control unit 300 with the reference signal V200 to generate the number of sub-modules 100 charged, i.e., the number of sub-modules V300 charged. can be performed by Here, the carrier signal V100 may use a triangular wave, which has an advantage of being easy to implement in hardware compared to a method using a sine function.

또한, 기준 신호(V200)는 톱니파를 이용할 수 있으며, 하나의 톱니파 당 하나의 서브 모듈(100)의 바이패스 제어를 독립적으로 수행할 수 있다. Also, the reference signal V200 may use a sawtooth wave, and bypass control of one submodule 100 may be independently performed per one sawtooth wave.

이를 통해, 전체적인 서브 모듈(100)을 제어하지 않고 하나의 서브 모듈(100)만 제어함으로써, 서브 모듈(100)의 전압을 서서히 증가시킬 수 있게 된다. Through this, the voltage of the submodule 100 can be gradually increased by controlling only one submodule 100 without controlling the entire submodule 100 .

구현예에 따라서는, 충전된 전압이 높은 순으로 소팅하여 바이패스 순서를 결정하며, 커패시터(150)에 충전된 전압이 설정값 이상 차이가 있을 경우에만 소팅을 재수행하게 할 수도 있다. Depending on the implementation, the bypass order may be determined by sorting in ascending order of the charged voltage, and the sorting may be re-performed only when there is a difference between the voltages charged in the capacitor 150 by more than a set value.

이때, 소팅의 재수행을 설정값을 토대로 수행하도록 함으로써 소팅 주기를 길게 하여 IGBT2(130)의 스위칭 회수를 적게 하고 IGBT2(130)의 손실을 저감시킬 수 있다. At this time, by re-performing the sorting based on the set value, the sorting cycle can be lengthened to reduce the number of switching of the IGBT2 130 and reduce the loss of the IGBT2 130.

도 7은 도 1의 서브 모듈에서 출력되는 전압을 상세히 나타낸 그래프로서, 도 7(a)는 능동 충전 모드에서 캐리어 신호와 기준 신호 비교를 수행하지 않고, 서브 모듈 충전 개수를 고정시킨 경우이고, 도 7(b)는 능동 충전 모드에서 캐리어 신호와 기준 신호 비교를 통해 서브 모듈 충전 개수를 변화시켜 서브 모듈의 전압을 서서히 증가시키는 능동 충전 모드가 수행된 경우를 나타낸 도면이다. 도 7에서 알 수 있는 바와 같이, 제안하는 방법을 적용하지 않는 경우에 직류 전류(C100)가 매우 높게 발생할 수 있다. FIG. 7 is a graph showing the voltage output from the sub-module of FIG. 1 in detail. FIG. 7(a) is a case where the number of sub-modules charged is fixed without performing a comparison between a carrier signal and a reference signal in an active charging mode. 7(b) is a diagram illustrating a case in which the active charging mode in which the voltage of the sub-module is gradually increased by changing the number of sub-modules charged through a comparison between a carrier signal and a reference signal in the active charging mode is performed. As can be seen from FIG. 7 , when the proposed method is not applied, a very high direct current C100 may occur.

이와 같이, 본 발명에 따른 모듈형 멀티 레벨 컨버터의 초기 충전 장치는 수동 충전 모드와 정상 운용 모드 사이에 위치한 능동 충전 모드에서 IGBT1(110)에 충전되는 전압이 서서히 증가되도록 제어함으로써, 직류 전류(C100)의 피크 전류를 낮출 수 있다.As such, the initial charging device of the modular multi-level converter according to the present invention controls the voltage charged in the IGBT1 110 to gradually increase in the active charging mode located between the passive charging mode and the normal operating mode, so that the DC current (C100 ) can lower the peak current.

도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 모듈형 멀티 레벨 컨버터의 초기 충전 방법을 나타낸 순서도이다. 8 is a flowchart illustrating an initial charging method of a modular multi-level converter according to an embodiment of the present invention.

도 8에서 볼 수 있는 바와 같이, 본 발명에 따른 모듈형 멀티 레벨 컨버터의 초기 충전 방법은, 서브 모듈 제어부(300)에서 서브 모듈(100)을 블록 상태로 제어하여 암에 구성된 모든 서브 모듈(100)에 대해 충전만 수행하는 단계(S100), 서브 모듈 제어부(300)에서 서브 모듈(100)을 오프 상태 및 블록 상태로 제어하여 암에 구성된 일부 서브 모듈(100)만 충전을 수행하는 단계(S200), 및 서브 모듈 제어부(300)에서 서브 모듈(100)을 온 상태 및 오프 상태로 제어하여 서브 모듈(100)의 충전 및 방전을 독립적으로 수행하는 단계(S300)로 이루어진다. As can be seen in FIG. 8, in the initial charging method of the modular multi-level converter according to the present invention, the sub-module controller 300 controls the sub-modules 100 in a block state so that all sub-modules 100 configured in the arm ), charging only the submodules 100 (S100), and charging only some of the submodules 100 configured in the arm by controlling the submodules 100 to off and block states in the submodule control unit 300 (S200). ), and a step of independently charging and discharging the submodule 100 by controlling the submodule 100 in an on state and an off state in the submodule controller 300 (S300).

여기서, 온 상태에서는 서브 모듈 제어부(300)가 IGBT1(110)은 'on' 및 IGBT2(130)는 'off'로 제어하여, 서브 모듈(100)의 'P' 입력 전압이 'N' 입력 전압 보다 높은 구간에 대해서는 서브 모듈(100)의 입력 전력이 제 1 다이오드(120)를 통해 커패시터(150)로 저장되고, 'P' 입력 전압이 'N' 입력 전압 보다 낮은 구간에 대해서는 커패시터(150)에 저장된 전력이 서브 모듈(100)의 입력으로 방전된다. Here, in the on state, the sub-module control unit 300 controls IGBT1 (110) to be 'on' and IGBT2 (130) to be 'off', so that the 'P' input voltage of the sub-module 100 is the 'N' input voltage. For a higher range, the input power of the submodule 100 is stored in the capacitor 150 through the first diode 120, and for a range where the 'P' input voltage is lower than the 'N' input voltage, the capacitor 150 The power stored in is discharged to the input of the sub-module 100.

또한, 오프 상태에서는 서브 모듈 제어부(300)가 IGBT1(110)은 'off' 및 IGBT2(130)는 'on'으로 제어하여, 서브 모듈(100)의 'P' 입력과 'N' 입력을 바이패스 시키게 된다. Also, in the off state, the sub-module control unit 300 controls IGBT1 (110) to be 'off' and IGBT2 (130) to be 'on', thereby bypassing the 'P' input and 'N' input of the sub-module 100. will pass

한편, 블록 상태에서는 서브 모듈 제어부(300)가 IGBT1(110) 및 IGBT2(130)를 모두 'off'로 제어하여, 서브 모듈(100)의 'P' 입력 전압이 'N' 입력 전압 보다 높은 구간에 대해서는 서브 모듈(100)의 입력 전력이 제 1 다이오드(120)를 통해 커패시터(150)로 저장되고, 'P' 입력 전압이 'N' 입력 전압 보다 낮은 구간에 대해서는 'P' 입력과 'N' 입력을 바이패스 시키게 된다. Meanwhile, in the block state, the sub-module controller 300 controls both IGBT1 (110) and IGBT2 (130) to be 'off', so that the 'P' input voltage of the sub-module 100 is higher than the 'N' input voltage. For the section where the input power of the submodule 100 is stored in the capacitor 150 through the first diode 120 and the 'P' input voltage is lower than the 'N' input voltage, 'P' input and 'N ' This will bypass the input.

즉, 본 발명에서는, 충전 초기에는 수동 충전 단계(S100)에서, 서브 모듈 제어부(300)가 서브 모듈(100)을 블록 상태로 제어하여 상단 서브 모듈 암(210) 및 하단 서브 모듈 암(220)을 수동 충전 단계(S100)로 운용함으로써, 모든 서브 모듈(100)이 충전을 수행한다. 이때, 서브 모듈(100)의 충전 전압은 목표 값의 절반 밖에 충전이 이루어 지지 않으므로 서브 모듈(100)의 일부를 바이패스하여 충전을 수행할 필요가 있다. That is, in the present invention, in the manual charging step (S100) at the beginning of charging, the sub-module controller 300 controls the sub-module 100 in a block state so that the upper sub-module arm 210 and the lower sub-module arm 220 By operating as a manual charging step (S100), all submodules 100 perform charging. At this time, since the charging voltage of the sub-module 100 is only half of the target value, it is necessary to perform charging by bypassing a part of the sub-module 100.

이때, 본 발명의 서브 모듈 제어부(300)는 능동 충전 단계(S200)에서, 서브 모듈(100)을 오프 상태 및 블록 상태를 혼용하여 상단 서브 모듈 암(210) 및 하단 서브 모듈 암(220)을 능동 충전 모드로 운용함으로써, 일부 서브 모듈(100)을 바이패스하여 충전을 수행한다. 이때도 서브 모듈(100)의 충전 전압은 목표 값에 도달하지 않으므로, 서브 모듈(100)의 전압을 방전하여 재충전하는 모드가 필요하다. At this time, in the active charging step (S200), the sub-module controller 300 of the present invention mixes the off state and the block state of the sub-module 100 to operate the upper sub-module arm 210 and the lower sub-module arm 220. By operating in the active charging mode, charging is performed by bypassing some submodules 100 . Even at this time, since the charging voltage of the sub module 100 does not reach the target value, a mode in which the voltage of the sub module 100 is discharged and recharged is required.

따라서, 본 발명의 서브 모듈 제어부(300)는 정상 운전 단계(S300)에서, 서브 모듈(100)을 온 상태 및 오프 상태를 혼용하여 상단 서브 모듈 암(210) 및 하단 서브 모듈 암(220)을 정상 운용 모드로 운용함으로써, 서브 모듈(100)이 충전 및 방전을 되풀이하면서, 충전 전압이 목표 값에 도달할 수 있게 한다. Therefore, in the normal operation step (S300), the sub-module controller 300 of the present invention mixes the on-state and off-state of the sub-module 100 to operate the upper sub-module arm 210 and the lower sub-module arm 220. By operating in the normal operation mode, the charging voltage can reach the target value while the sub-module 100 repeats charging and discharging.

즉, 본 발명의 서브 모듈 제어부(300)는 서브 모듈(100)을 수동 충전 모드, 능동 충전 모드, 및 정상 운용 모드를 순차적으로 제어함으로써, 서브 모듈(100)의 전압을 안정적으로 초기화를 시킬 수 있는 장점이 있다. That is, the submodule control unit 300 of the present invention can stably initialize the voltage of the submodule 100 by sequentially controlling the passive charging mode, the active charging mode, and the normal operation mode of the submodule 100. There are advantages to being

도 9는 본 발명의 다른 실시예에 따른 모듈형 멀티 레벨 컨버터의 초기 충전 장치를 나타낸 블록도이다. 9 is a block diagram showing an initial charging device of a modular multi-level converter according to another embodiment of the present invention.

도 9에서 알 수 있는 바와 같이, 본 발명의 다른 실시예에 따른 모듈형 멀티 레벨 컨버터의 초기 충전 장치는 커패시터를 구비하여 교류 전력의 충전 및 방전을 수행하는 서브 모듈(100)을 포함하는 제 1 상단 서브 모듈 암(411), 제 1 하단 서브 모듈 암(421), 제 2 상단 서브 모듈 암(412), 및 제 2 하단 서브 모듈 암(422), 제 1 상단 서브 모듈 암(411) 및 제 1 하단 서브 모듈 암(421) 내 서브 모듈(100)의 충전, 방전, 및 바이패스를 제어하는 서브 모듈 제어부(500)를 포함한다.As can be seen in FIG. 9, the initial charging device of a modular multi-level converter according to another embodiment of the present invention includes a sub-module 100 having a capacitor to charge and discharge AC power. The upper sub-module arm 411, the first lower sub-module arm 421, the second upper sub-module arm 412, and the second lower sub-module arm 422, the first upper sub-module arm 411 and 1 includes a sub-module controller 500 that controls charging, discharging, and bypassing of the sub-module 100 in the lower sub-module arm 421.

이때, 서브 모듈 제어부(500)는 서브 모듈(100)을 블록 상태로 제어하여 모든 서브 모듈(100)에 대해 충전만 수행하는 수동 충전 모드, 제 1 상단 서브 모듈 암(411) 및 제 1 하단 서브 모듈 암(421) 내 서브 모듈(100)을 오프 상태 및 블록 상태로 제어하여 제 1 상단 서브 모듈 암(411) 및 제 1 하단 서브 모듈 암(421) 내 일부 서브 모듈(100)만 충전을 수행하는 제 1 능동 충전 모드, 제 1 상단 서브 모듈 암(411) 및 제 1 하단 서브 모듈 암(421) 내 서브 모듈(100)을 온 상태 및 오프 상태로 제어하여 제 1 상단 서브 모듈 암(411) 및 제 1 하단 서브 모듈 암(421) 내 서브 모듈(100)의 충전 및 방전을 독립적으로 수행하는 제 1 정상 운영 모드, 제 2 상단 서브 모듈 암(412) 및 제 2 하단 서브 모듈 암(422) 내 서브 모듈(100)을 오프 상태 및 블록 상태로 제어하여 제 2 상단 서브 모듈 암(412) 및 제 2 하단 서브 모듈 암(422) 내 일부 서브 모듈(100)만 충전을 수행하는 제 2 능동 충전 모드, 및 제 2 상단 서브 모듈 암(412) 및 제 2 하단 서브 모듈 암(422) 내 서브 모듈(100)을 온 상태 및 오프 상태로 제어하여 제 2 상단 서브 모듈 암(412) 및 제 2 하단 서브 모듈 암(422) 내 서브 모듈(100)의 충전 및 방전을 독립적으로 수행하는 제 2 정상 운영 모드로 동작할 수 있다. At this time, the sub-module control unit 500 controls the sub-module 100 in a block state to perform a manual charging mode in which only charging is performed for all sub-modules 100, the first upper sub-module arm 411 and the first lower sub-module 411. The sub-modules 100 in the module arm 421 are controlled to be in an off state and in a block state so that only the first upper sub-module arm 411 and some of the sub-modules 100 in the first lower sub-module arm 421 are charged. In the first active charging mode, the sub-module 100 in the first upper sub-module arm 411 and the first lower sub-module arm 421 is controlled to be turned on and off, so that the first upper sub-module arm 411 and a first normal operating mode in which the submodule 100 in the first lower submodule arm 421 is independently charged and discharged, the second upper submodule arm 412 and the second lower submodule arm 422 2nd active charging in which only some submodules 100 in the second upper submodule arm 412 and the second lower submodule arm 422 are charged by controlling the submodules 100 in the off state and the block state mode, and controls the submodules 100 in the second upper submodule arm 412 and the second lower submodule arm 422 to be turned on and off, so that the second upper submodule arm 412 and the second lower submodule arm 412 and the second lower submodule arm 412 are turned on. The sub-module arm 422 may be operated in a second normal operation mode in which charging and discharging of the sub-module 100 are independently performed.

즉, 본 실시예에서는, 충전 초기에는 서브 모듈 제어부(500)가 서브 모듈(100)을 블록 상태로 제어하여 제 1 상단 서브 모듈 암(411), 제 1 하단 서브 모듈 암(421), 제 2 상단 서브 모듈 암(412), 및 제 2 하단 서브 모듈 암(422)을 수동 충전 모드로 운용함으로써, 모든 서브 모듈(100)이 충전을 수행한다. 이때, 서브 모듈(100)의 충전 전압은 목표 값의 절반 밖에 충전이 이루어 지지 않으므로 서브 모듈(100)의 일부를 바이패스하여 충전을 수행할 필요가 있다. That is, in this embodiment, in the initial stage of charging, the sub-module controller 500 controls the sub-module 100 in a block state so that the first upper sub-module arm 411, the first lower sub-module arm 421, and the second By operating the upper sub-module arm 412 and the second lower sub-module arm 422 in the manual charging mode, all sub-modules 100 perform charging. At this time, since the charging voltage of the sub-module 100 is only half of the target value, it is necessary to perform charging by bypassing a part of the sub-module 100.

이때, 서브 모듈 제어부(500)는 서브 모듈(100)을 오프 상태 및 블록 상태를 혼용하여 제 1 상단 서브 모듈 암(411) 및 제 1 하단 서브 모듈 암(421)을 능동 충전 모드로 운용함으로써, 제 1 상단 서브 모듈 암(411) 및 제 1 하단 서브 모듈 암(421)의 일부 서브 모듈(100)을 바이패스하여 충전을 수행한다. 이때도 서브 모듈(100)의 충전 전압은 목표 값에 도달하지 않으므로, 서브 모듈(100)의 전압을 방전하여 재충전하는 모드가 필요하다. At this time, the submodule control unit 500 mixes the off state and the block state of the submodule 100 to operate the first upper submodule arm 411 and the first lower submodule arm 421 in the active charging mode, Charging is performed by bypassing some submodules 100 of the first upper submodule arm 411 and the first lower submodule arm 421 . Even at this time, since the charging voltage of the sub module 100 does not reach the target value, a mode in which the voltage of the sub module 100 is discharged and recharged is required.

따라서, 서브 모듈 제어부(500)는 서브 모듈(100)을 온 상태 및 오프 상태를 혼용하여 제 1 상단 서브 모듈 암(411) 및 제 1 하단 서브 모듈 암(421)을 정상 운용 모드로 운용함으로써, 서브 모듈(100)이 충전 및 방전을 되풀이하면서, 충전 전압이 목표 값에 도달할 수 있게 한다. Therefore, the sub-module control unit 500 operates the first upper sub-module arm 411 and the first lower sub-module arm 421 in the normal operation mode by mixing the on-state and off-state of the sub-module 100, While the sub-module 100 repeats charging and discharging, the charging voltage can reach a target value.

한편, 본 실시예의 서브 모듈 제어부(500)는 서브 모듈(100)을 오프 상태 및 블록 상태를 혼용하여 제 2 상단 서브 모듈 암(412) 및 제 2 하단 서브 모듈 암(422)을 능동 충전 모드로 운용함으로써, 제 2 상단 서브 모듈 암(412) 및 제 2 하단 서브 모듈 암(422)의 일부 서브 모듈(100)을 바이패스하여 충전을 수행한다. 이때도 서브 모듈(100)의 충전 전압은 목표 값에 도달하지 않으므로, 서브 모듈(100)의 전압을 방전하여 재충전하는 모드가 필요하다. Meanwhile, the sub-module control unit 500 according to the present embodiment sets the second upper sub-module arm 412 and the second lower sub-module arm 422 to the active charging mode by mixing the off state and the block state of the sub-module 100. By operating, charging is performed by bypassing some submodules 100 of the second upper submodule arm 412 and the second lower submodule arm 422 . Even at this time, since the charging voltage of the sub module 100 does not reach the target value, a mode in which the voltage of the sub module 100 is discharged and recharged is required.

따라서, 서브 모듈 제어부(500)는 서브 모듈(100)을 온 상태 및 오프 상태를 혼용하여 제 2 상단 서브 모듈 암(412) 및 제 2 하단 서브 모듈 암(422)을 정상 운용 모드로 운용함으로써, 서브 모듈(100)이 충전 및 방전을 되풀이하면서, 충전 전압이 목표 값에 도달할 수 있게 한다. Therefore, the submodule controller 500 mixes the on state and off state of the submodule 100 to operate the second upper submodule arm 412 and the second lower submodule arm 422 in the normal operation mode, While the sub-module 100 repeats charging and discharging, the charging voltage can reach a target value.

즉, 본 실시예의 서브 모듈 제어부(500)는 서브 모듈(100)을 수동 충전 모드, 능동 충전 모드, 및 정상 운용 모드를 순차적으로 제어함으로써, 서브 모듈(100)의 전압을 안정적으로 초기화를 시킬 수 있다. That is, the submodule control unit 500 of the present embodiment can stably initialize the voltage of the submodule 100 by sequentially controlling the passive charging mode, the active charging mode, and the normal operation mode of the submodule 100. have.

도 10은 본 발명의 다른 실시예에 따른 모듈형 멀티 레벨 컨버터의 초기 충전 방법을 나타낸 순서도이다. 10 is a flowchart illustrating an initial charging method of a modular multi-level converter according to another embodiment of the present invention.

도 10에서 볼 수 있는 바와 같이, 모듈형 멀티 레벨 컨버터의 초기 충전 방법은, 수동 충전 단계(S400), 제 1 능동 충전 단계(S500), 제 1 정상 운전 단계(S600), 제 2 능동 충전 단계(S700), 및 제 2 정상 운전 단계(S800)로 이루어진다.As can be seen in FIG. 10, the initial charging method of the modular multi-level converter includes a passive charging step (S400), a first active charging step (S500), a first normal operation step (S600), and a second active charging step. (S700), and a second normal operation step (S800).

이때, 수동 충전 단계(S400)에서는, 서브 모듈 제어부(500)에서, 서브 모듈(100)을 블록 상태로 제어하여 모든 서브 모듈(100)에 대해 충전만 수행한다.At this time, in the manual charging step (S400), the sub-module controller 500 controls the sub-modules 100 in a block state so that all sub-modules 100 are charged only.

제 1 능동 충전 단계(S500)에서는, 서브 모듈 제어부(500)에서 제 1 상단 서브 모듈 암(411) 및 제 1 하단 서브 모듈 암(421) 내 서브 모듈(100)을 오프 상태 및 블록 상태로 제어하여 제 1 상단 서브 모듈 암(411) 및 제 1 하단 서브 모듈 암(421) 내 일부 서브 모듈(100)만 충전을 수행한다. In the first active charging step (S500), the sub-module control unit 500 controls the sub-module 100 in the first upper sub-module arm 411 and the first lower sub-module arm 421 in an off state and a block state. Thus, only some submodules 100 within the first upper submodule arm 411 and the first lower submodule arm 421 perform charging.

제 1 정상 운전 단계(S600)에서는, 서브 모듈 제어부(500)에서 제 1 상단 서브 모듈 암(411) 및 제 1 하단 서브 모듈 암(421) 내 서브 모듈(100)을 온 상태 및 오프 상태로 제어하여 제 1 상단 서브 모듈 암(411) 및 제 1 하단 서브 모듈 암(421) 내 서브 모듈(100)의 충전 및 방전을 독립적으로 수행한다.In the first normal operation step (S600), the submodule control unit 500 controls the submodules 100 in the first upper submodule arm 411 and the first lower submodule arm 421 to be turned on and off. Thus, the sub-modules 100 in the first upper sub-module arm 411 and the first lower sub-module arm 421 are independently charged and discharged.

또한, 제 2 능동 충전 단계(S700)에서는, 서브 모듈 제어부(500)에서 제 2 상단 서브 모듈 암(412) 및 제 2 하단 서브 모듈 암(422) 내 서브 모듈(100)을 오프 상태 및 블록 상태로 제어하여 제 2 상단 서브 모듈 암(412) 및 제 2 하단 서브 모듈 암(422) 내 일부 서브 모듈(100)만 충전을 수행한다.In addition, in the second active charging step (S700), the sub-module controller 500 puts the sub-module 100 in the second upper sub-module arm 412 and the second lower sub-module arm 422 in an off state and a block state. Only some of the submodules 100 within the second upper submodule arm 412 and the second lower submodule arm 422 are charged.

그리고, 제 2 정상 운전 단계(S800)에서는, 서브 모듈 제어부(500)에서 제 2 상단 서브 모듈 암(412) 및 제 2 하단 서브 모듈 암(422) 내 서브 모듈(100)을 온 상태 및 오프 상태로 제어하여 제 2 상단 서브 모듈 암(412) 및 제 2 하단 서브 모듈 암(422) 내 서브 모듈(100)의 충전 및 방전을 독립적으로 수행하게 된다. And, in the second normal operation step (S800), the sub-module control unit 500 turns on and off the sub-modules 100 in the second upper sub-module arm 412 and the second lower sub-module arm 422. The sub-modules 100 in the second upper sub-module arm 412 and the second lower sub-module arm 422 are independently charged and discharged.

즉, 본 실시예의 충전 초기에는 수동 충전 단계(S400)에서, 서브 모듈 제어부(500)가 서브 모듈(100)을 블록 상태로 제어하여 제 1 상단 서브 모듈 암(411), 제 1 하단 서브 모듈 암(421), 제 2 상단 서브 모듈 암(412), 및 제 2 하단 서브 모듈 암(422)을 수동 충전 모드로 운용함으로써, 모든 서브 모듈(100)이 충전을 수행한다. 이때, 서브 모듈(100)의 충전 전압은 목표 값의 절반 밖에 충전이 이루어 지지 않으므로 서브 모듈(100)의 일부를 바이패스하여 충전을 수행할 필요가 있다. That is, in the manual charging step (S400) in the initial charging stage of the present embodiment, the sub-module control unit 500 controls the sub-module 100 in a block state so that the first upper sub-module arm 411 and the first lower sub-module arm 421, the second upper sub-module arm 412, and the second lower sub-module arm 422 are operated in the manual charging mode, so that all sub-modules 100 perform charging. At this time, since the charging voltage of the sub-module 100 is only half of the target value, it is necessary to perform charging by bypassing a part of the sub-module 100.

이때, 서브 모듈 제어부(500)는 제 1 능동 충전 단계(S500)에서, 서브 모듈(100)을 오프 상태 및 블록 상태를 혼용하여 제 1 상단 서브 모듈 암(411) 및 제 1 하단 서브 모듈 암(421)을 능동 충전 모드로 운용함으로써, 제 1 상단 서브 모듈 암(411) 및 제 1 하단 서브 모듈 암(421)의 일부 서브 모듈(100)을 바이패스하여 충전을 수행한다. 이때도 서브 모듈(100)의 충전 전압은 목표 값에 도달하지 않으므로, 서브 모듈(100)의 전압을 방전하여 재충전하는 모드가 필요하다. At this time, in the first active charging step (S500), the sub-module controller 500 mixes the off state and the block state of the sub-module 100 to form the first upper sub-module arm 411 and the first lower sub-module arm ( 421 is operated in the active charging mode, charging is performed by bypassing the first upper sub-module arm 411 and some sub-modules 100 of the first lower sub-module arm 421 . Even at this time, since the charging voltage of the sub module 100 does not reach the target value, a mode in which the voltage of the sub module 100 is discharged and recharged is required.

따라서, 본 실시예의 서브 모듈 제어부(500)는 제 1 정상 운전 단계(S600)에서, 서브 모듈(100)을 온 상태 및 오프 상태를 혼용하여 제 1 상단 서브 모듈 암(411) 및 제 1 하단 서브 모듈 암(421)을 정상 운용 모드로 운용함으로써, 서브 모듈(100)이 충전 및 방전을 되풀이하면서, 충전 전압이 목표 값에 도달할 수 있게 한다. Therefore, in the first normal operation step (S600), the sub-module control unit 500 of the present embodiment mixes the on-state and off-state of the sub-module 100 to operate the first upper sub-module arm 411 and the first lower sub-module arm 411. By operating the module arm 421 in the normal operation mode, the charging voltage can reach a target value while the sub-module 100 repeats charging and discharging.

한편, 서브 모듈 제어부(500)는 제 2 능동 충전 단계(S700)에서, 서브 모듈(100)을 오프 상태 및 블록 상태를 혼용하여 제 2 상단 서브 모듈 암(412) 및 제 2 하단 서브 모듈 암(422)을 능동 충전 모드로 운용함으로써, 제 2 상단 서브 모듈 암(412) 및 제 2 하단 서브 모듈 암(422)의 일부 서브 모듈(100)을 바이패스하여 충전을 수행한다. 이때도 서브 모듈(100)의 충전 전압은 목표 값에 도달하지 않으므로, 서브 모듈(100)의 전압을 방전하여 재충전하는 모드가 필요하다. Meanwhile, in the second active charging step (S700), the sub-module controller 500 mixes the off state and block state of the sub-module 100 to form the second upper sub-module arm 412 and the second lower sub-module arm ( 422 is operated in the active charging mode, charging is performed by bypassing some submodules 100 of the second upper submodule arm 412 and the second lower submodule arm 422 . Even at this time, since the charging voltage of the sub module 100 does not reach the target value, a mode in which the voltage of the sub module 100 is discharged and recharged is required.

따라서, 본 실시예의 서브 모듈 제어부(500)는 제 2 정상 운전 단계(S800)에서, 서브 모듈(100)을 온 상태 및 오프 상태를 혼용하여 제 2 상단 서브 모듈 암(412) 및 제 2 하단 서브 모듈 암(422)을 정상 운용 모드로 운용함으로써, 서브 모듈(100)이 충전 및 방전을 되풀이하면서, 충전 전압이 목표 값에 도달할 수 있게 한다. Therefore, in the second normal operation step (S800), the sub-module control unit 500 of the present embodiment mixes the on-state and off-state of the sub-module 100 to operate the second upper sub-module arm 412 and the second lower sub-module arm 412. By operating the module arm 422 in the normal operation mode, the charging voltage can reach a target value while the sub-module 100 repeats charging and discharging.

즉, 서브 모듈 제어부(500)는 서브 모듈(100)을 수동 충전 모드, 능동 충전 모드, 및 정상 운용 모드를 순차적으로 제어함으로써, 서브 모듈(100)의 전압을 안정적으로 초기화를 시킬 수 있다. That is, the sub-module control unit 500 can stably initialize the voltage of the sub-module 100 by sequentially controlling the passive charging mode, the active charging mode, and the normal operation mode of the sub-module 100 .

이상과 같이 본 발명에 따른 모듈형 멀티 레벨 컨버터의 초기 충전 장치 및 방법은 HVDC 시스템에서의 서브 모듈 내의 커패시터가 과충전이 되지 않도록 서브 모듈 내의 커패시터의 충전 및 방전을 독립적으로 수행하는 장점이 있으며, HVDC 시스템에서의 서브 모듈의 충전을 서서히 이루어지게 하여 급격한 순간 전류가 흐르는 것을 방지할 수 있는 장점이 있다. As described above, the initial charging device and method of the modular multi-level converter according to the present invention has the advantage of independently charging and discharging the capacitors in the sub-modules so that the capacitors in the sub-modules in the HVDC system are not overcharged, HVDC There is an advantage in preventing a sudden instantaneous flow of current by slowly charging submodules in the system.

상술한 것은 하나 이상의 실시예의 실례를 포함한다. 물론, 상술한 실시예들을 설명할 목적으로 컴포넌트들 또는 방법들의 가능한 모든 조합을 기술할 수 있는 것이 아니라, 당업자들은 다양한 실시예의 많은 추가 조합 및 치환할 수 있음을 인식할 수 있다. 따라서 설명한 실시예들은 첨부된 청구범위의 진의 및 범위 내에 있는 모든 대안, 변형 및 개조를 포함하는 것이다. What has been described above includes examples of one or more embodiments. Of course, it is not possible to describe every possible combination of components or methods for purposes of describing the above embodiments, but those skilled in the art will recognize that many additional combinations and permutations of various embodiments are possible. Accordingly, the described embodiments are intended to cover all alternatives, modifications and adaptations falling within the spirit and scope of the appended claims.

Claims (14)

커패시터를 구비하여 교류 전력의 충전 및 방전을 수행하는 서브 모듈; 및
상기 서브 모듈의 충전, 방전, 및 바이패스를 제어하는 서브 모듈 제어부;를 포함하고,
상기 서브 모듈 제어부는,
상기 서브 모듈을 온 상태, 오프 상태, 및 블록 상태로 제어하여 수동 충전 모드, 능동 충전 모드, 및 정상 운전 모드를 순차적으로 수행하여 초기화하고,
상기 수동 충전 모드에서는 상기 서브 모듈을 블록 상태로 제어하여 암에 구성된 모든 상기 서브 모듈에 대해 충전만 수행하고,
상기 능동 충전 모드에서는 상기 서브 모듈을 오프 상태 및 블록 상태로 제어하여 상기 암에 구성된 일부 상기 서브 모듈만 충전을 수행하고,
상기 정상 운전 모드에서는 상기 서브 모듈을 온 상태 및 오프 상태로 제어하여 상기 서브 모듈의 충전 및 방전을 독립적으로 수행하는 것을 특징으로 하는 모듈형 멀티 레벨 컨버터의 초기 충전 장치.a sub-module equipped with a capacitor to charge and discharge AC power; and
A sub-module controller controlling charging, discharging, and bypassing of the sub-module;
The sub-module control unit,
initialization by sequentially performing a passive charging mode, an active charging mode, and a normal operation mode by controlling the submodule to an on state, an off state, and a block state;
In the manual charging mode, only charging is performed for all the submodules configured in the arm by controlling the submodules in a block state;
In the active charging mode, only some of the submodules configured in the arm are charged by controlling the submodules in an off state and a block state,
The initial charging device of the modular multi-level converter, characterized in that in the normal operation mode, the sub-module is independently charged and discharged by controlling the sub-module to an on state and an off state. 삭제delete 삭제delete 제 1항에 있어서,
상기 서브 모듈은,
상기 교류 전력을 저장하는 커패시터;
상기 커패시터에 충전 경로를 제공하는 제 1 다이오드;
상기 서브 모듈 제어부의 제어에 의해 상기 커패시터의 방전 경로를 제공하는 IGBT1;
상기 서브 모듈의 바이패스 경로를 제공하는 제 2 다이오드; 및
상기 서브 모듈 제어부의 제어에 의해 상기 서브 모듈의 바이패스 경로를 제공하는 IGBT2;를 포함하는 것을 특징으로 하는 모듈형 멀티 레벨 컨버터의 초기 충전 장치.According to claim 1,
The submodule,
a capacitor to store the AC power;
a first diode providing a charging path to the capacitor;
an IGBT1 providing a discharge path for the capacitor under the control of the sub-module control unit;
a second diode providing a bypass path of the sub-module; and
An initial charging device for a modular multi-level converter, characterized in that it comprises an IGBT2 providing a bypass path for the sub-module under the control of the sub-module control unit. 제 1항에 있어서,
상기 온 상태에서는,
상기 서브 모듈 제어부가 상기 IGBT1은 'on' 및 상기 IGBT2는 'off'로 제어하여,
상기 서브 모듈의 'P' 입력 전압이 'N' 입력 전압 보다 높은 구간에 대해서는 상기 서브 모듈의 입력 전력이 상기 제 1 다이오드를 통해 상기 커패시터로 저장되고, 'P' 입력 전압이 'N' 입력 전압 보다 낮은 구간에 대해서는 상기 커패시터에 저장된 전력이 상기 서브 모듈의 입력으로 방전되는 것을 특징으로 하는 모듈형 멀티 레벨 컨버터의 초기 충전 장치.According to claim 1,
In the on state,
The sub-module controller controls the IGBT1 to 'on' and the IGBT2 to 'off',
For a period in which the 'P' input voltage of the sub-module is higher than the 'N' input voltage, the input power of the sub-module is stored in the capacitor through the first diode, and the 'P' input voltage is the 'N' input voltage The initial charging device of the modular multi-level converter, characterized in that the power stored in the capacitor is discharged to the input of the sub-module for a lower period. 제 1항에 있어서,
상기 오프 상태에서는,
상기 서브 모듈 제어부가 상기 IGBT1은 'off' 및 상기 IGBT2는 'on'으로 제어하여, 상기 서브 모듈의 'P' 입력과 'N' 입력을 바이패스시키는 것을 특징으로 하는 모듈형 멀티 레벨 컨버터의 초기 충전 장치.According to claim 1,
In the off state,
The initial stage of the modular multi-level converter, characterized in that the sub-module controller controls the IGBT1 to 'off' and the IGBT2 to 'on' to bypass the 'P' input and 'N' input of the sub-module. charging device. 제 1항에 있어서,
상기 블록 상태에서는,
상기 서브 모듈 제어부가 상기 IGBT1 및 상기 IGBT2를 모두 'off'로 제어하여,
상기 서브 모듈의 'P' 입력 전압이 'N' 입력 전압 보다 높은 구간에 대해서는 상기 서브 모듈의 입력 전력이 상기 제 1 다이오드를 통해 상기 커패시터로 저장되고, 'P' 입력 전압이 'N' 입력 전압 보다 낮은 구간에 대해서는 'P' 입력과 'N' 입력을 바이패스시키는 것을 특징으로 하는 모듈형 멀티 레벨 컨버터의 초기 충전 장치.According to claim 1,
In the block state,
The sub-module controller controls both the IGBT1 and the IGBT2 to be 'off',
For a period in which the 'P' input voltage of the sub-module is higher than the 'N' input voltage, the input power of the sub-module is stored in the capacitor through the first diode, and the 'P' input voltage is the 'N' input voltage Initial charging device of a modular multi-level converter, characterized in that for bypassing the 'P' input and the 'N' input for the lower section. 제 1항에 있어서,
상기 능동 충전 모드에서는, 암에 구성된 적어도 두 개 이상의 상기 서브 모듈에 충전된 전압을 비교하여 충전된 전압이 높은 순으로 바이패스를 수행하는 것을 특징으로 하는 모듈형 멀티 레벨 컨버터의 초기 충전 장치.According to claim 1,
In the active charging mode, the initial charging device of the modular multi-level converter, characterized in that by comparing the voltages charged in at least two or more sub-modules configured in the arm and performing bypass in the order of higher charged voltages. 제 8항에 있어서,
상기 바이패스는, 상기 서브 모듈 제어부 내에서 자체 생성한 캐리어 신호와 기준 신호를 비교하여 충전을 수행하는 상기 서브 모듈의 개수인 서브 모듈 충전 개수를 생성하여 수행되는 것을 특징으로 하는 모듈형 멀티 레벨 컨버터의 초기 충전 장치.According to claim 8,
The bypass is performed by comparing the carrier signal generated by itself in the sub-module control unit with a reference signal to generate the number of sub-modules charging, that is, the number of sub-modules that perform charging. of the initial charging device. 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete
KR1020200170859A 2020-12-08 2020-12-08 Pre-charger for modular multi-level converter and Method thereof KR102470345B1 (en)

Priority Applications (4)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020200170859A KR102470345B1 (en) 2020-12-08 2020-12-08 Pre-charger for modular multi-level converter and Method thereof
US18/002,945 US20230275510A1 (en) 2020-12-08 2021-11-19 Initial charging device and method of modular multi-level converter
PCT/KR2021/017113 WO2022124627A1 (en) 2020-12-08 2021-11-19 First-cycle charging device and method of modular multi-level converter
KR1020220075194A KR102587243B1 (en) 2020-12-08 2022-06-20 Pre-charger for modular multi-level converter and Method thereof

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020200170859A KR102470345B1 (en) 2020-12-08 2020-12-08 Pre-charger for modular multi-level converter and Method thereof

Related Child Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020220075194A Division KR102587243B1 (en) 2020-12-08 2022-06-20 Pre-charger for modular multi-level converter and Method thereof

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20220081213A KR20220081213A (en) 2022-06-15
KR102470345B1 true KR102470345B1 (en) 2022-11-25

Family

ID=81973739

Family Applications (2)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020200170859A KR102470345B1 (en) 2020-12-08 2020-12-08 Pre-charger for modular multi-level converter and Method thereof
KR1020220075194A KR102587243B1 (en) 2020-12-08 2022-06-20 Pre-charger for modular multi-level converter and Method thereof

Family Applications After (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020220075194A KR102587243B1 (en) 2020-12-08 2022-06-20 Pre-charger for modular multi-level converter and Method thereof

Country Status (3)

Country Link
US (1) US20230275510A1 (en)
KR (2) KR102470345B1 (en)
WO (1) WO2022124627A1 (en)

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101666712B1 (en) * 2014-05-13 2016-10-14 엘에스산전 주식회사 Modular Multi-Level Converter
KR20170034270A (en) * 2015-09-18 2017-03-28 한국전력공사 Modular multilevel converter for hvdc
KR20170038510A (en) 2015-09-30 2017-04-07 윤종식 Hot-water and heating water boiler system for solar heat using heater and vacuum heat collector tube
CN106712238B (en) * 2017-01-16 2019-05-07 南京南瑞继保电气有限公司 The charging method of one seed module mixed type inverter

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
한병문 외 3명., "근사 계단 제어 변조로 동작하는 모듈형 멀티 레벨 컨버터를 위한 새로운 초기 충전 기법", The Transactions of the Korean Institute of Electrical Engineers Vol.65, No.10, pp.1655-1663 (2016.10.)*

Also Published As

Publication number Publication date
KR20220081213A (en) 2022-06-15
KR102587243B1 (en) 2023-10-06
US20230275510A1 (en) 2023-08-31
WO2022124627A1 (en) 2022-06-16
KR20220088405A (en) 2022-06-27

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP2894780B1 (en) Multilevel converter systems and methods with reduced common mode voltage
US9325252B2 (en) Multilevel converter systems and sinusoidal pulse width modulation methods
US9559541B2 (en) Modular multilevel converter and charging circuit therefor
KR101983524B1 (en) Voltage Balancing in Modular Multilevel Converters with Delta Configuration
JP6208803B2 (en) Modular multilevel converter and voltage balancing control method for modular multilevel converter
EP1852962A1 (en) Power conversion apparatus
US20160105109A1 (en) Voltage source converter
KR101723094B1 (en) Power device for sub-module controller of mmc converter
CN104638961B (en) System and method for balancing a multi-stage power converter
US20170346398A1 (en) Power converters
WO2010122083A1 (en) Method and an apparatus for controlling the output voltage of a boost converter composed of plural bridge devices
US11777401B2 (en) Fault tolerant AC-DC chain-link converter
CN106489222B (en) Control circuit
US20210328496A1 (en) Flexible and efficient switched string converter
KR102470345B1 (en) Pre-charger for modular multi-level converter and Method thereof
CN116937999B (en) Converter bridge arm circuit, converter device and precharge control method
JP6873251B2 (en) Power converter and power conversion system
Ashaibi et al. Switched mode power supplies for charge-up, discharge and balancing dc-link capacitors of diode-clamped five-level inverter
JP7021623B2 (en) Multi-level power converter
JP7140633B2 (en) power controller
KR102387824B1 (en) Bypass device for HVDC Sub module and Method thereof
KR102611817B1 (en) Submodule of modular multi-level converter comprising capacitor voltage ripple reducing circuit, and the modulrar multi-level converter
CN116961069A (en) Switch valve

Legal Events

Date Code Title Description
E902 Notification of reason for refusal
A107 Divisional application of patent
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant